نور شدید لیزر که در یک محیط مادی انتشار می یابد منجر به پدیده های غیرخطی فیزیکی زیاد می شود. مهمترین اثر غیرخطی در دستگاه های ارتباطات فیبرنوری، پراکندگی القایی بریلوئین می باشد. این اثر غیرخطی می تواند کیفیت کارکرد دستگاههای ارتباطات نوری را کاهش دهد به این ترتیب که بیشتر توان نوری را که فیبر نوری می شود منعکس کرده و به موج استوکس رو به عقب تبدیل کند. فرکانس موج استوکس نسبت به فرکانس ورودی به فیبر کمتر است در نتیجه آن توان پمپ در عبور از فیبر به شدت کاهش می یابد برای یک فیبر نوری تک مد با شعاع هسته کوچک، حدود چند میکرومتر. توان آستانه رخداد پراکندگی القایی بریلوئین می تواند تا یک میلی وات نیز پایین بیاید این پدیده توان نوری بیشینه ای که می تواند بوسیله فیبر عبور داده شود را به شدت کاهش می دهد در این پایان نامه به حل عددی مجموعه معادلات جفت شده غیرخطی که پراکندگی القایی بریلوئین را توصیف می کند می پردازیم. با استفاده از روش عددی شوتینگ که در حل مسائل معادلات جفت شده غیرخطی با شرایط موزی نامعلوم به کار می رود و الگوریتم راتگ – کوتا مرتبه چهارم، مجموعه معادلات مربوطه را به روش عددی حل کرده و شدتهای پمپ و استوکس را در نقاط مختلف یک نمونه فیبر تک مد استاندارد به طور 7/2 کیلومتر بدست آورده و همچنین منحنیهای شدت استوکس در ابتدای فیبر و شدت پمپ در انتهای فیبر را برحسب شدت پرتولیزر ورودی به فیبر محاسبه کرده و پدیده اشباع توان انتقالی در انتهای فیبر را در مورد سه فیبر تک مد استاندارد بررسی کرده و مقایسه می کنیم.

در این تحقیق، برهمکنش نور و نانوذره های فلزی مورد بررسی قرار گرفتند. به این منظور، از نانوذره هایی با جنس طلا و نقره به دلیل وجود پلاسمون های سطحی آنها در محدوده مرئی طیف الکترومغناطیسی، استفاده شده است. تأثیر شکل نانوذرهها بر خواص نوری آنها با اندازه گیری و محاسبه ی طیف جذبی مطالعه شد. نشان داده شد که قله های موجود در طیف جذبی، به دلیل جدایی بارها در بسامد تشدید پلاسمون سطحی نانوذره های فلزی است. این بسامد تشدید به طور قوی به جنس، شکل و اندازه ی نانوذره ها وابسته است. همچنین نشان داده شد که تغییر ضریب شکست محیط پیرامون نانوذره نیز، منجر به جابه جایی بسامد پلاسمون می شود. علاوه بر سنتز نانوذره های کروی نقره و نانوذره ی هلالی شکل طلا، خواص نانوذره های بیضی شکل، مکعبی و منشوری نیز با استفاده از شبیه سازی مورد مطالعه قرار گرفتند. در ادامه، برهم کنش جفت نانوذره های فلزی با نور نیز بررسی شدند. در این بررسی از جفت نانوهلال های طلا استفاده شد. جفت نانوهلال های طلا از دو نانوذره ی هلالی شکل که روبه روی یکدیگر قرار دارند و مقداری از نوک آنها با هم هم پوشانی دارند و به وسیله ی لایه ی عایقی از هم جدا شده اند، تشکیل شده است. این جفت نانوهلال ها با استفاده از روش لیتوگرافی کلوئیدی سنتز و طیف جذبی آنها با نانوذره ی هلالی تکی مقایسه شده اند. تأثیر وجود نانوذره ی هلالی شکل دوم در فاصله ی کمی از نانوذره ی اول، موجب برهم کنش آنها و در نتیجه بروز مدهای جدید پلاسمون سطحی می شود. چگونگی بروز مدهای جدید با استفاده از مدل هیبریدی و شبیه سازی های رایانه ای توضیح داده شده اند. همچنین تأثیر پارامترهای مختلف بر برهم کنش جفت نانوذره های هلالی شکل نیز مطالعه شدند. در ادامه ی پایان نامه، با توجه به خواص نوری نانوذره های طلا در تمرکز نور، نانوساختاری برای کنترل قطبش نور در محدوده ی زیر حد پراش پیشنهاد شده است. نانوآنتن پیشنهادی از سه نانوذره ی منشوری شکل طلا تشکیل شده است که با توجه به مکان و جهت قرارگیری آنها، فضای خالی (گاف) در وسط ساختار ایجاد می شود. این نانوآنتن در حالی که قطبش نور را حفظ می کند، قابلیت تمرکز و افزایش شدت نور فرودی را دارد. کمیتی برای سنجش معیار ارزشی نانوآنتن نیز تعریف شده است که برای استفاده در کاربردهایی که از قطبش دایروی نور استفاده می شود، مناسب می باشد. همچنین خواص نوری نانوساختار پیشنهادی با تغییر پارامترهای مختلفی نظیر تغییر در شکل نانوذره های تشکیل دهنده و اندازه-ی گاف، بررسی شدند. در نهایت نیز وجود نقص ساختاری در نانوآنتن مطالعه شد و شرایط پایداری نانوآنتن در این وضعیت بررسی گردید.

در این رساله تاثیر طول فیبر بر روی آستانه پراکندگی بریلوئن القایی مورد بررسی قرار گرفته است.آستانه پراکندگی بریلوئن کمترین مقدار توانی است که در آن اثر غیر خطی پراکندگی بریلوئن القایی بروز می کند.تغییرات آستانه بریلوئن را بر حسب طول یک فیبر تک مد با ضریب اتلاف ثابت با دو روش یعنی تقریب تابع اصلاح یافته بسل - تقریب فیبر کوتاه وحل تحلیلی بررسی کردیم . در تمام موارد آستانه بریلوئن با افزایش طول فیبر کاهش می یابد و می بینیم که تقریب بسل ، به یک sbst ثابت منجر می شود.

any change in the refractive index of a laser active medium can lead to serious degradation of beam quality, laser beam modes, laser performance and variation in the intensity distribution. alteration in the refractive index of laser active medium is especially notable in high power lasers. it is clear that in the laser beam production, the pumping agent induces a great amount of heat which is loaded on the laser active medium. this induced heat load, subsequently the induced change of refractive index, is enormous. heat load in laser active medium can, at least in certain circumstances, switch the stable laser resonator to an unstable one. besides, highly heated crystals (laser active media) pose serious technical and maintenance problems. another effect of induced heat load on laser crystals is the induced stress within the crystal. stress can deform the crystal so that another considerable change of refractive index is faced by the crystal. the non-uniform heating of laser active medium leads to non-uniform index of refractive index. such medium is named graded index (grin) medium. therefore, these inductions must well be taken into account when one is dealing with design and construction of high power lasers. special types of laser beams are very much attractive in various scientific and industrial applications. this thesis is devoted to an investigation on the generation and propagation of these special types of laser beams, namely helmholtz-gauss and paraxial beams in a grin medium that appears as a result of a highly suffered medium from induced heat load. the procedure with which this goal is achieved will be given shortly. the more important results of our investigation, however, are briefly discussed presently. 3 1. the induced heat load causes the change in the refractive index of laser active medium. this change in turn induces a thermal lens in the medium. 2. the focal length of thermally induced lens decreases with increasing the power of pumping agent. 3. the change in mg output profile is almost independent of the two types of input power distributions used in this work (gaussian and super gaussian). 4. increasing the power of pumping agent causes contraction of the near field mg beam intensity profile without changing its shape. 5. at z=5 cm which is chosen as a measure of middle field, by increasing the power of input power, the intensity profile contract and the central lobe disappears giving rise to the side lobes. 6. the far field profiles show the appearing of the central lobe along with disappearing of the side ones due to increasing of the pump power. 7. in case ig beams the effect of increasing the pump power is the contraction of the near field intensity profiles without changing their shape for different modes of these beams. 8. the middle field intensity profiles of the modes with central lobe suffer two types of change: contraction of the profile and disappearing of the central lobe giving rise to the side ones. 9. the middle field intensity profiles of the modes without central lobe just contract with increasing the pump power. 10. increasing of the pump power cause the disappearing of the side lobes and appearing of the central ones in the case of the far field intensity profiles of ig beams with central lobe. 11. the effect of increasing the pump power on the far field profile of ig beams without central lobe is just the contraction or expansion of the profile. the aforementioned procedure now follows. in chapter 2 a detailed review of the literature including a historical outline of thermo-optical effects in diode-pumped solid state lasers and a historical view of special types of laser beams will be presented. in particular, a thorough review of the history of the development of the mg and ig beams are also presented in this chapter. 4 in order to model the effects of induced heat load on the propagation of special types of laser beams we consider a laser system which produces mathieu-gauss or ince-gaussian beams. a schematic illustration of the laser system is shown bellow: as shown in the illustration, a diode laser with central wavelength of 808 nm is used as the pumping agent. a 5 mm long, nd:yag crystal with 1.5 mm radius is used as the laser active medium. maximum absorption of the crystal is at about 808 nm, the central wavelength of the pumping agent. one end of the laser crystal is coated so as to act as one mirror of the laser cavity. another mirror is placed 80 mm in front of the first one. so the laser free length is 75 mm. the out-put laser beam is a mathieu-gauss or ince-gaussian beam with central wavelength of 1064 nm. at this wavelength the laser active medium is transparent, so the only source of generating heat in the laser crystal is the induced heat of the pumping agent. taking the above considerations into account, chapter 3 presents a detailed study of heat equation. taking the induced heat loads as sources we solve the heat equation, giving the temperature as a function of position. a discussion of the effects of temperature (as a function of position) on the refractive index is also presented in this chapter. a thermal model for lensing effects, along with the corresponding abcd transfer matrix, for an nd:yag laser, are also presented in this chapter. since the central part of this research is comprised of mathieu-gauss and ince- gaussian beams, as the outputs of a solid state laser, suffered from the induced heat loads, chapter 4 is devoted to a discussion of such laser beams. the figure 1-1 schematic illustration of an end pumped nd:yag laser 5 properties of their generation and propagation through an abcd optical systems, is also reviewed in this chapter. in chapter 5, use is made of the temperature distributions, as calculated in the third chapter, to investigate the effects of input power. since the shape of the output beams is of considerable interest, we further investigate these profiles of different locations on the cavity axis, with due attention to the input power. the procedure and the results are also given in this chapter. this thesis is concluded in chapter 6 with an outline of the results, some further remarks and some proposals for future works.

پیشرفت و توسعه تارنوری باعث ایجاد انقلابی در صنعت ارتباطات راه دور شده است. با توجه به اینکه امروزه از تارهای نوری مخابراتی بطور وسیع استفاده می شود بررسی تارنوری به لحاظ عوامل میرائی و اتلاف انرژی بسیار حائز اهمیت است تا در صدد شناسایی و کاهش این عوامل برآییم تا محیطی که نور از آن عبور می کند دارای حداقل اتلاف انرژی باشد. یکی از این روش ها بازتاب سنج نوری در حوزه زمانی یا به اختصار otdr می-باشد. این یک روش مناسب برای عیب یابی تارهای نوری می باشد زیرا برخلاف روش های دیگر با داشتن فقط یکسر تارنوری می توان محل دقیق عیب را تعیین کرد و همچنین با استفاده از این روش می توان طول تارنوری، افت ابتدا تا انتهای تارنوری، میزان نور بازتابی و افت ناشی از عناصر مختلف را تشخیص دهد. otdrهای پیشرفته می توانند محل و میزان افت ناشی از جوش ها و اتصالات را نیز تعیین کنند. در این پایان نامه با استفاده از این روش بصورت تجربی برای عیب یابی تارنوری چندمدی با ضریب شکست پله ای بکاربرده شد و با برپایی یک چیدمان otdr، نور برگشتی از تارنوری ناشی از پراکندگی رایلی و بازتاب فرنل ثبت و از طریق آن محل دقیق عیب و نقص تعیین می شود و همچنین سرعت فاز بدست آمده از طریق این روش برابر با است. در نهایت نتایج تجربی بدست آمده با نتایج حاصل از تئوری مقایسه می شود.

لیرز حالت جامد ، لیزری است که در آن ماده فعال - بلور یا شیشه ای شفاف است که در آن مقدار کمی فلز واسطه آلاییده شده است. این مواد خط طیفی فلوئورسانس تیزی دارند. ماده فعال تحت بر انگیختگی اپتیکی قوی به منزله یک نوسانگر یا تقویت کننده در طول موج فلورسانس عمل می کند. در حال حاضر کاربردی ترین لیزر حالت جامد که برای پردازش و ماشین کاری مواد به کار می رود، لیزر nd:yag است. این کریستال، سنگ آلومینیوم ایتریوم است که به آن 1/0 تا 1 درصد یون نئودمیوم سه بار مثبت آلاییده می شود. بلور میزبان yag سخت است، کیفیت اپتیکی خوب و ضریب هدایت گرمایی بالایی دارد. این لیزر پهنای خط باریک، بهره بالا و آستانه لیزری پایینی دارد. این لیزر یک لیزر چهار ترازی است که می توان آن را به وسیله لامپ درخش یا لیزرهای دیودی دمید. بازده لیزرهای دمیده شده با دیود بین 10 تا 15 درصد است، که نسبت به لامپ های درخش که بین 2 تا 3 درصد است بیشتر است. طول موج گسیلی این لیزر 06/1 میکرون و گاهی 32/1 میکرون است. دمش توسط لیزرهای دیودی به دو صورت انجام می شود: دمش از انتها و دمش از کنار . چون در دمش از انتها مرکز میله لیزری دمیده می شود، امکان برانگیختن پایین ترین مدهای عرضی وجود دارد و خروجی، مودهای کمتری دارد. در دمش از کنار چون تمام میله لیزری تحت دمش قرار می گیرد، ده ها مد برانگیخته می شود. دمش لیزرها به هر روش، فرآیندی است که عموماً با تولید گرما همراه است. در دمش از انتها تمرکز دمش در منطقه کوچکی اطراف محور کریستال منجر به تولید گرما می شود. در نتیجه اختلاف دمای مرکز کریستال با سطح بیشتر از سایر قسمت ها است. باتوجه به اینکه تابش فلورسانس مکانیسم اصلی تبدیل پرتوی دمش با طول موج کوتاه به پرتوی لیزر با طول موج بیشتر است، حداقل هفت مکانیسم را می توان نام برد که مسئول تولید گرما در این محیط ها هستند: بازده کوانتومی کمتر از واحد تراز دمش، ناکارآمدی کوانتومی بین تراز دمش و تراز نیمه پایدار، بازده کوانتومی کمتر از واحد تراز نیمه پایدار، فروکش تراکمی ، انتقال بالا سوی انرژی ، گرمای همراه با فرآیند فلورسانس و گرمای همراه با گسیل القایی [1]. سهم تولید گرما مربوط به هر فرآیند، در مواد مختلف، متفاوت است و گاهی اوقات می توان از برخی صرف نظر کرد. هفت مکانیسم تولید گرما در لیزر حالت جامد در فصل دوم شرح داده می شوند. گرمای تولید شده در مرکز کریستال برای رسیدن به تعادل گرمایی با محیط اطراف خود از طریق رسانش به سمت مرزهای خنک تر حرکت کرده و از آنجا از طریق همرفت و تابش به محیط منتقل می شود. به این ترتیب یک توزیع نایکنواخت دما در کریستال ایجاد می شود. کاواک لیزر، پرتوهای زیادی با توزیع عرضی گاوسی تولید و منتشر می کند که پایین ترین مد آن tem00 است. عامل کیفیت یا عامل برای پرتو گاوسی برابر یک است. خروجی واقعی لیزرها کاملاً با پرتوی گاوسی نظری تطابق ندارد و برای یک پرتوی واقعی عامل کیفیت بیشتر از واحد است. عوامل مختلفی از جمله اجزای نوری با کیفیت پایین، ابیراهی کروی اینه ها، پراش، روزنه ها، بازتاب یا عدم تطابق منطقه موثر و منطقه ای از کریستال که پمپ می شود، می تواند باعث کاهش عامل کیفیت پرتوی لیزری و افزایش فاکتور شود. علاوه بر تمام این عوامل موثر بر کیفیت پرتوهای خروجی لیزر، گرمای تولید شده در کریستال های لیزری به خصوص در لیزرهای با توان بالا نیز بر فاکتور کیفیت پرتو تأثیر دارد. گرمای تولید شده در محیط های فعال اثراتی را روی کریستال لیزری به جای می گذارد که به آنها اشاره می کنیم. اگر افزایش دما باعث ذوب کریستال نشود، قطعاً راندمان لیزر را کاهش می دهد. باتوجه به اینکه دما در مرکز کریستال بالاتر است، یک شیب دمایی در کریستال ایجاد می شود که اولین اثر آن پاشندگی گرمایی است. این اثر روی همسانگردی کریستال تأثیری ندارد و به صورت بیان می شود. یکی دیگر از اثرات گرمایی انحنای سطوح کریستال است که گاهی اوقات اثر انتها نیز نامیده می شود. اثر پاشندگی گرمایی به همراه اثر انتها که از مولفه طولی تنش نشأت می گیرد، باعث القای اختلاف فاز بین پرتوهای عبوری روی محور کریستال و پرتوهای عبوری از سایر فواصل می شوند. در محیط های کریستالی جامد، پاشندگی گرمایی شبیه به یک عدسی محدب عمل می کند. اثر انتها در مواردی که انتهای کریستال لایه نشانی شده باشد مثل یک آینه و در غیراینصورت مثل عدسی محدب عمل می کند. اما به دلیل اینکه این عدسی ها و اختلاف فازهای ایجاد شده برای دمش های واقعی کروی نیستند، این اثرات به سادگی با عدسی های کروی معمولی جبران نمی شوند. از دیگر اثرات گرما در کریستال، می توان به افزایش طول یا انبساط برخی قسمت ها در اثر افزایش دما نام برد. این اثر باعث ایجاد کرنش، ، می شود. به دنبال این اثر حرارتی، که از طرف قسمت های خنک تر به قسمت های گرمتر در حال انبساط وارد می شود، تنش هایی القاء می شود. (مثلاً در جهتی که از انبساط قسمت های گرم تر جلوگیری کند). با ایجاد این تنش های فشاری و کششی در کریستال، دو شکستی در کریستال القاء می شود که اثر مستقیم تنش و کرنش گرمایی است. این اثر برخلاف اثر پاشندگی، یک کریستال همسانگرد مثل nd:yag را به کریستال ناهمسانگردی تبدیل می کند که مولفه های ضریب شکستش در راستاهای مختلف با هم متفاوت اند. این اثر همچنین در کریستال های ناهمسانگرد، باعث تغییر قدرت دو شکستی می شود. از اثرات دو شکستی، واقطبیدگی پرتوهای قطبیده خطی خارج شده از لیزر است. اهمیت این موضوع زمانی آشکار می شود، که هدف از طراحی لیزر تولید یک پرتوی قطبیده پرتوان باشد. هرکدام از موارد ذکر شده، باعث اعمال اثراتی روی پرتوی لیزر می شود. تمام این اثرات گرمایی در کریستال، باعث کاهش کیفیت پرتوی گاوسی خروجی و اعوجاج جبهه موج می شود. برای کم کردن این اثرات گرمایی، تلاش های مختلفی انجام شده است. نظیر استفاده از خنک کننده ها، که می تواند مقدار زیادی از گرمای تولید شده را بر دارد. خنک کننده با ثابت نگه داشتن دمای سطح کریستال، به طور قابل ملاحظه ای می تواند ماکزیمم دمای ایجاد شده را در کریستال کاهش دهد. اما نمی تواند شیب دمایی را از بین ببرد. از دیگر راه های کاهش اثرات حرارتی، می توان به بهینه کردن توزیع گرما در کریستال لیزری از طریق تغییر طول موج دمش و توزیع مناسب چگالی یون های فعال در کریستال نام برد. در این مورد، ابزار محاسباتی سریع و مناسب جهت بررسی و شناخت توزیع دما لازم است. این موضوع اهمیت مدل سازی و بررسی اثرات گرمایی در سیستم ها را دو چندان می کند. این پروژه شامل هفت فصل می باشد. پس از بیان مسئله در فصل اول، در فصل دوم به معرفی لیزرهای حالت جامد، و نوع خاصی از این لیزرها به نام nd:yag پرداخته می شود. پس از آن با معرفی انواع کاواک ها به نحوه دمش لیزر چهار ترازی nd:yag اشاره می شود. پس از اشاره به نحوه رشد بلور nd:yag در پایان فصل خصوصیات فیزیکی و شیمیایی این نوع لیزر حالت جامد و برخی از کاربردهای آن در زمینه های متفاوت بیان می شود. در فصل سوم به بیان معادله گرما وحل این معادله در سه بعد پرداخته شده است و پس از بدست آمدن معادله گرما در مختصات استوانه ای، شرایط مرزی متفاوتی که برای حل معادله گرما در نظر گرفته می شود مورد بررسی قرار می گیرد. در فصل چهارم به تعریف مفهوم تنش و کرنش حرارتی و سپس مولفه های تانسور تنش و کرنش محاسبه می شود. در نهایت قانون هوک که ارتباط میان مولفه های این دو تانسور را بیان می کند با جزئیات گفته می شود. در فصل پنجم اثرات گرمایی روی کریستال حالت جامد nd:yag مورد بررسی قرار می گیرد. پس از آن با معرفی دو اثر گرمایی در شکستی القایی و اثر پاشندگی گرما مولفه های ضریب شکست تحت اثرات گرمایی نوشته می شوند. در فصل ششم به بررسی پرتوی گاوسی عبوری از لیزر پرداخته می شود و پس از تعریف مشخصات پرتو ی گاوسی، دامنه میدان الکتریکی برای یک پرتوی گوسی داده می شود و پس از آن به شدت پرتوی گاوسی و فاکتور کیفیت اشاره می شود. در فصل هفتم که فصل نتایج و مهمترین فصل این پایان نامه است به بررسی توزیع دما در کریستال، توزیع تنش و توزیع کرنش حرارتی در کریستال برای توان های دمش و اندازه لکه های متفاوت می پردازیم. در این فصل همچنین با اعمال شرایط مرزی متفاوت برای حل معادله گرما، پروفایل دما و تنش حرارتی در شرایط مرزی تابش، همرفت و دما ثابت که در این فصل بیان شده است مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. پس از آن با اشاره به شیب دمایی ایجاد شده در کریستال، تغییرات مولفه های ضریب شکست را تحت اثر پاشندگی گرمایی و پس از آن تحت اثر دو شکستی القایی مورد بررسی قرار داده و نتایج را در هر دو حالت با هم مقایسه کرده ایم. سپس توزیع مربوط به میدان الکتریکی قبل و بعد از اثرات گرمایی شبیه سازی می شود و در نهایت با رسم پروفایل میدان الکتریکی قبل و بعد از اثرات گرمایی نتایج با هم مقایسه می شوند

هدف این رساله بررسی قفل شدگی مد غیر فعال در لیزر ها است. برای فهم اولیه قفل شدگی مد از مدل نوسانگر شروع می کنیم و سپس معادلات هاس را معرفی می کنیم. معادلات هاس برای ایجاد قفل شدگی از یک رزوناتور فابر پرو استفاده می کند. در بررسی این معادلات تابعی برای جاذب های اشباع پذیر تعریف می شود که کند یا سریع بودن جاذب ها را نشان می دهد. برای حل معادلات از روش عددی تفاضل محدود به همراه روش کرنک نیکلسون استفاده شده است. همچنین در این پایان نامه با برپایی یک چیدمان ساده آزمایشگاهی و با استفاده از بلور های cr:yag (با ضخامتی در حد یک میلیمتر و ضرایب عبور اولیه 30% و 70%) موفق به تولید قطار پالس هایی به طول 160 تا 300 نانو ثانیه برای لیزر nd:yag شده ایم. برای تولید این قطار پالس از روش پالس های برخورد کننده استفاده کرده ایم که همزمان جذب غیر خطی بلور(cr:yag) به همراه فشرده سازی پالس در این روش اتفاق می افتد. این قطار پالس دارای پالس هایی با پهنای در حد چند نانو ثانیه است که وابسته به طول کاواک بوده و برای کاواکی به طول 5/1 متر پهنای آن ها به یک نانو ثانیه می رسد. پوش قطار پالس های ایجاد شده بسیار شبیه به پوش پالسی است که از روش غیر فعال q سوئیچ به همراه قفل شدگی مد برای تولید پالس های پیکو ثانیه مشاهده می شود.

در این پایان نامه، پدیده ی پراکندگی خود به خودی و القاییِ بریلوئن (sbs)، مورد بحث قرار گرفته است و استفاده ازآن در تولید نور کند بررسی شده است. تولید نور کند از طریق راه ای استاندارد دیگر و مزایای تولید آن از طریق (sbs) مورد تآکید قرار گرفته است. برای مشخص کردن چگونگی و میزان تولید نور کند، معمولأ از پارامتر ضریب گروه استفاده می شود. نتایج این کار با کار تجربی اُکاواچی مقایسه شده و نشان داده شده است که تأخیر زمانی محاسبه شده و تأخیر زمانی تجربه شده می باشد. این دو عدد از دید مرتبه ی مقداری با هم هم خوانی دارند.

در این پایان نامه تاثیر نوسانات انرژی پالس های دمش و نوفه گرمایی در نوسانات انرژی پالس های استوکس بررسی شده است. برای رسیدن به این هدف، معادلات جفت شده پراکندگی القایی بریلوئین، با در نظر گرفتن نوفه های ذکر شده، به شیوه عددی حل شد. نتایج بدست آمده نشان داد که در نوسانات انرژی قطعات زمانی کوچک از پالس های استوکس، نوفه گرمایی نقش تعیین کننده تری دارد. با بررسی انرژی کل پالس ها، تاثیر نوسانات دمش بارزتر شد. دامنه این نوسانات، عامل اصلی موثر در شدت تغییرات پالس های استوکس است، به طوری که با افزایش دامنه نوسانات انرژی پالس های دمش، تبعیت پالس های استوکس از پالس های دمش افزایش یافت. نتایج این مطالعات در حسگرهای مبتنی بر فیبر نوری، به منظور جداسازی اثرات ناشی از کمیت مورد سنجش از اثرات ناشی از نوسانات دمش و گرما کاربرد دارد.

در این پایان نامه رفتار زمانی آنتروپی فون نویمن به عنوان سنجه ای برای اندازه گیری درهم تنیدگی بین اتم های سه ترازه v شکل و مجموعه ای از فوتون های یک میدان الکترومغناطیسی دو مد مطالعه شده است. برهمکنش اتم-فوتون را در یک کاواک غیر خطی کر مانند با وجود جفت شدگی وابسته به شدت در نظر گرفته و به کوانتیزه کردن میدان الکترومغناطیسی در این محیط می پردازیم. با معرفی یک عملگر کازیمیر، n، که ویژه مقایراش تعداد برانگیختگی های کل سیستم میباشد و با هامیلتونی جابجا میشود نشان میدهیم که هامیلتونی به شکل قطعه ای قطری بوده و تشکیل شده است از دو قطعه 2×2 و n-1 قطعه3×3. سپس برای قطعات 2×2 به روش تحلیلی به محاسبه عملگر تحول زمانی پرداخته و نشان میدهیم که این عملگر نیز به شکل قطعه ای قطری بوده و خصوصیاتی شبیه هامیلتونی دارد. بررسی رفتار زمانی درهمتنیدگی و وابستگی آن به حالت اولیه سیستم به روش عددی برای دو حالت مجزا انجام شده است، نخست برای حالتهای اولیه غیر آماری و سپس برای حالتهای اولیه فوتونی با توزیع های آماری مشخصی همچون دوجمله ای، همدوس و همدوس چلانده. در آخر تاثیر پارامترهای مختلفی همچون اثر کر، ثابت جفت شدگی و جفت شدگی وابسته به شدت بر رفتار زمانی و بیشینه درهمتنیدگی بررسی شده است.

چکیده بررسی پراکندگی امواج الکترومغناطیسی از نانولوله های کربنی به کوشش علیرضا نورمندی پور از زمان کشف نانولوله های کربنی در سال 1991، توجه زیادی به خاطر ویژگی جالب شبه-یک-بعدی بودنشان، به این مواد شده است. اعتقاد بر این است که این مواد، پتانسیل های کاربردی فراوانی در نانوتکنولوژی دارند. اهمیت این لوله ها، بیشتر به خاطر قطر کوچکشان است. از طرفی، بدلیل جذب نور مرئی توسط این مواد، یکی از کاربردهای نانولوله های کربنی، استفاده در سلول های خورشیدی است. در این پایان نامه، پراکندگی امواج الکترومغناطیسی از نانولوله های کربنی مورد بررسی قرار می گیرد. به همین جهت، ابتدا نظریه ی پراکندگی را معرفی نموده و سپس یک رابطه برای سطح مقطع پراکندگی نانولوله های کربنی بدست می آوریم. برای ادامه-ی کار، به خواص اپتیکی (ثابت دی الکتریک) نانولوله های کربنی احتیاج داریم. ثابت دی الکتریک نانولوله های کربنی را از روش محاسباتی از ابتدا بدست می آوریم. و سرانجام نمودار سطح مقطع پراکندگی را برای انواع مختلف نانولوله رسم می کنیم. نتایج بدست آمده نشان می دهند که با افزایش قطر نانولوله های کربنی، قسمت موهومی تابع دی الکتریک، که معرف جذب است، در محدوده ی بیشتری از طیف الکترومغناطیسی غیر صفر است و همچنین تعداد پیک های این طیف، با افزایش قطر، افزایش می یابند.

یکی از مسائل مورد توجه در اپتیک پراکندگی نور است، نور می تواند به عنوان ابزاری برای پیدا کردن پارامترهای ظاهری و سطحی جسمی بدون تماس با آن مورد استفاده قرار گیرد. روش پراکندگی امواج الکترومغناطیس از جمله روش هایی است که می توان از سطوح غیر صلب اطلاعات کسب کرد. پراکندگی این امواج از روی اجسام به اندازه، شکل، مواد تشکیل دهنده و غلظت آنها بستگی دارد. ناهنجاریهای ساختاری و مکانیکی گلبول های قرمز خون با اختلالات مهم مرتبط شده است. می توان از روش پراکندگی نوری به جمع آوری داده ها ی مکانیکی از خواص مکانیکی و دینامیک سلول های زنده و خواص نوری آنها بدون تماس فیزیکی با گلبول های قرمز پرداخت. گلبول های قرمز خون به شکل یک سیلندر هستند که دارای عمق، عرض گودی، ارتفاع و ضخامت بوده ، که همان پارامتر های کلینیکی آنها نامیده می شوند. پارامترهای کلینیکی گلبول های قرمز می تواند تغییر کند. در این رساله با استفاده از تبدیل فوریه نور پراکنده شده از گلبول های قرمز خون تحت اولین تقریب بورن مدلی تئوری ارائه داده می شود که در آن دامنه و فاز امواج الکترومغناطیسی پراکنده شده برروی گلبول های قرمز خون ناسالم مورد آزمایش را، محاسبه می گردد و داده های بدست آمده را با داده های بدست آمده مشابه از روی گلبول های سالم مقایسه می شود. این کار را بر روی اسمیرخون انجام می دهند [1] که ابزار تشخیصی استاندارد در آسیب شناسی است.

چکیده ندارد.

این پژوهش با هدف تولید منبع همدوس کوک پذیر در ناحیه فروسرخ میانی انجام شده است. یکی از راه های دستیابی به این هدف ساخت نوسانگر پارامتری اپتیکی است. جهت طراحی و ساخت نوسانگر پارامتری اپتیکی شبیه سازی برای انتخاب بلور غیرخطی مناسب، لیزر پمپ و مشدد پارامتری انجام گردید. که در نهایت به ساخت یک لیزر nd:yag ، q سوییچ شده به عنوان لیزر پمپ منجرشد و بلورهای kta وktp به عنوان بلورهای غیرخطی انتخاب شدند. در این پایان نامه مراحل طراحی و ساخت لیزر پمپ nd:yag ، ساخت و لایه نشانی اجزا اپتیکی مشدد نوری برای طول موج های1570 نانومتر و 3301 نانومتر، ساخت دستگاه طول موج سنجی و طراحی خصوصیات بلورهای غیرخطی kta و ktp توضیح داده شده است. نتیجه این پژوهش ساخت نوسانگر پارامتری اپتیکی با انرژی 92/16 میلی ژول و پهنای پالس 8/6 نانومتر با استفاده از بلور kta و انرژی 24/26 میلی ژول و پهنای پالس 54/4 نانومتر با استفاده از بلور ktp برای طول موج 1570 نانومتر و ساخت نوسانگر پارامتری اپتیکی با انرژی 13 میلی ژول و پهنای پالس 76/5 نانوثانیه می باشد.

در هر شمایی از پردازش اطلاعات، مساله انتقال اطلاعات با سرعت و ایمنی بالا از اهمیت به سزایی برخوردار است. از جمله پیشرفت هایی که در این زمینه انجام گرفته، مطالعه و پیشرفت در زمینه فرابرد کوانتومی است. فرابرد از دیدگاه لغوی به معنای بازسازی شیء یا شخصی در یک مکان است درحالی که اصل آن در مکان اولیه نابود شده باشد. برای انجام این عمل لازم است که تمام اطلاعات مربوط به آن شخص یا شیء روبش شده، به محل گیرنده مخابره شود. در فرابرد کوانتومی اطلاعات در قالب کیوبیت و با به اشتراک گذاشتن حالت های درهمتنیده بین فرستنده و گیرنده منتقل می شود. اگر دو یا چند کیوبیت را در بر همکنش با هم قرار دهیم، می توانند برای مدتی در یک حالت کوانتومی مشترک، که همان حالت درهمتنیده است، قرار بگیرند. اگر نتوان حالت کل سامانه را به شکل حاصل ضربی از حالت های زیرسامانه ها نشان داد، حالت یک حالت درهمتنیده است. این حالت ها را می توان به کمک درگاه های کوانتومی تولید کرد. درگاه های کوانتومی مدارات کوانتومی ، یا به بیان کامل تر، ابزارهایی هستند که روی تعداد محدودی کیوبیت اثر می کنند و تغییراتی روی آن ها اعمال می کنند همان گونه که درگاه های کلاسیکی روی بیت ها اعمال می شوند. هدف این رساله مروری بر فرابرد کوانتومی به کمک حالت های درهمتنیده است. بدین منظور در ابتدا به معرفی برخی از درگاه های منطقی کلاسیکی می پردازیم که مقدمه ای برای آشنایی با درگاه های کوانتومی هستند. پس از معرفی درگاه های کوانتومی، با درهمتنیدگی کوانتومی و چگونگی تولید آن ها توسط درگاه های کوانتومی آشنا می شویم. در پایان نیز عمل فرابرد کوانتومی و نحوه انجام شدن آن با کمک حالت های درهمتنیده مختلف را مورد بررسی قرار می دهیم.

امروزه در صنعت مخابرات و مهندسی الکترونیک به خاطر مزیت های سوئیچ های نوری در مقابل سوئیچ های الکترونیکی و ...، تحقیقات گسترده ای بر روی تکنیک های ساخت این نوع سوئیچ آغاز شده است. سوئیچ نوری دستگاهی است که سیگنال ها را قادر می سازد که درمدارهای نوری، به صورت انتخابی از یک مدار به مدار دیگر سوئیچ شوند. در این پایان نامه نوعی سوئیچ نوری بر اساس مدهای wgm طراحی کرده ایم.در این پایان نامه با جفت کردن یک موجبر به یک میکرودیسک مدهای wgm را در آن فعال می کنیم. پس از آن با جفت کردن موجبری دیگر در سمت مخالف سیگنال ورودی عبور کرده و سوئیچ کامل می شود. ما هم‏چنین میکرودیسک این سوئیچ را به نانوذرات نقره آغشته کرده ایم و در هر دو حالت چند مورد از پارامترهای مهم سوئیچ را برای قطبش te و tm محاسبه کرده‏ایم. نتایج نشان می‏دهند که در حالت te با وجود نانوذرات نقره، سوئیچ تک‏طول موج را عبور می‏دهد. در هر دو حالت قطبش نیز وجود نانوذرات نقره بر روی عبور سیگنال تأثیر گذاشته و تا حدودی باعث بهبود پارامترهای سوئیچ طراحی شده می‏شوند.

سولفید هیدروژن از گازهای بسیار سمی ، اشتعال زا و بی رنگ می باشد که در محیط های صنعتی از جمله صنایع نفت ، گاز و زغال سنگ به وفور یافت می شود. به همین دلیل ، تشخیص حضور این گاز در محیط از تولویت های این صنایع به شمار می رود. در این رساله ، نشان داده ایم که لایه های نازک از نانولوله های کربنی و نانونوارهای گرافنی وظیفه مند شده با نانوذرات مس توانایی بسیار خوبی در تشخیص این گاز دارند. برای این منظور و به جهت بررسی برنامه ای بر پایه ی الگوریتم های مونت کارلو به وسیله نرم افزار matlab تهیه شد. برای آنکه بتوان نتایج مبتنی بر واقعیت داشته باشیم فاکتورهای بسیاری باید در نظر گرفته می شد. از آن جمله می توان به تعیین نحوه عملکرد نانولوله در نشکیل لایه نازک ، نحوه ی اثر نانوذرات مس بر خواص انتقال این ساختارها و همچنین نحوه ی جذب گاز سولفید هیدروژن بر نانولوله ها را نام برد. برای تعیین این جزئیات مهم ، از روش نا متعادل گرین به همراه روش تابعی چگالی بهره بردیم. تحقیقات ما نشان داد که نانولوله های ساده توانایی خوبی در جذب گاز سولفید هیدروژن ندارند و تنها با افزایش میزان نقص شبکه ای می توان جذب مناسبی نسبت به این گاز بدست آورد. افزایش نقص خود موجب از بین رفتن انتقال مناسب لایه ی نازک شده که حساسیت را کاهش می دهد و روش مناسبی به شمار نمی رود. وظیفه مند کردن نانولوله ها با نانوذرات مس می تواند راه حلی مناسبی برای رفع این ضعف باشد. با کمک از این نانوذرات می توان به حساسیت های بالا برای مقادیر در حد چند ppb گاز سولفید هیدروژن در محیط دست یافت. به علاوه نشان داده ایم که میزان حساسیت به اندازه ی نانوذرات مس و نحوه ی وظیفه مند کردن بستگی شدیدی دارد. همچنین اثر طول و تعداد نانولوله ها، فاصله ی الکترود ها و نحوه ی وظیفه مند کردن آنها در ساخت لایه نازک بررسی و بهینه شده است.

بررسی تاثیر خاصیت شنل پنهان ساز پلاسمونیکی دولایه متحدالمرکز بر یک استوانه دی الکتریک بی نهایت است، زمانی که این استوانه به عنوان سلول پایه در یک بلور فوتونی دوبعدی جایگزین یک استوانه دی الکتریک بدون پوشش با طول بی نهایت میگردد. هدف، بررسی و مقایسه طیف عبوری دو بلور فوتونی ذکر شده در حالت های مختلف است

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

در عملیات تکمیل چاه نفت، انجام مشبک کاری سنگ های ذخائر نفتی ضروری است، تا مسیری برای عبور سیال از مخزن به چاه فراهم شود. مشبک کاری یا سوراخ کاری این سنگ ها رابطه مستقیم با راندمان تولید چاه دارد. روش های معمول تا حدودی غیر قابل کنترل بوده و صدماتی به سازند و دیواره چاه وارد می کنند. طبق تحقیقات دهه اخیر مشخص شده است که تکنولوژی لیزر امکان انجام مشبک کاری بهتر را فراهم می کند. در این پروژه با یک مدل نظری، سوراخ کاری یکی از مهمترین سنگ های مخزن نفت یعنی سنگ آهک را بررسی می کنیم. در این مدل که از لیزر پالسی استفاده می شود. ابتدا با تابش پالس های متوالی دمای سنگ افزایش می یابد تا سنگ به دمای ذوب برسد سپس در دمای ذوب سنگ آهک با استفاده از قانون بقای انرژی میزان عمق کنده شده به ازای هر پالس و در نهایت ماکزیمم عمق کنده کاری شده سنگ آهک را محاسبه می کنیم.

یکی از انواع لیزر گازی، لیزر گازکربنیک است که به دو صورت پیوسته و پالسی عمل می کند. ماده فعالی این لیزر، مولکول ‏‎co2‎‏ است که با کمک گازهای بافر ‏‎n2‎‏ و ‏‎he‎‏ فعال می شود. این نوع لیزر، جز لیزرهای چهار ترازی محسوب می شود و کاربردهای فراوانی در زمینه های آموزشی، صنعتی، پزشکی و ... دارد. یکی از مسائل مهم در لیزرهای گازی، بهینه سازی توان خروجی بر حسب گازهای موجود در تیوب لیزر می باشد. اندازه دقیق و بهینه فشار گازهای مذکور می تواند در گرفتن حداکثر توان خروجی نقش منحصر بفردی داشته باشد. لذا این رساله به بهینه سازی این فشارها و تعیین بازه مناسبی از آنها می پردازد. نتایج این رساله با در نظر گرفتن ضرایب بزرگنمایی می تواند در طراحی و ساخت لیزرهای پرقدرت چند کیلو وات پیوسته و چند ژولی پالسی لیزر گاز کربنیک مورد استفاده واقع شود.

مولکولهایی با دوران داخلی گروهی از مولکولها هستند که در آنها علاوه بر دوران کلی مولکول یک دوران داخلی نیز به نام پیچش ‏‎(torsion)‎‏ وجود دارد که با بر همکنش با دوران کلی باعث پیچیدگی خطوط طیفی می شود . با بررسی طیف مایکروویو چنین مولکولهایی می توانیم خصوصیات آنها را به دست آوریم. با استفاده از داده های طیف نگاری و تعیین هامیلتونی می توانیم به تعیین ساختار این مولکولاها بپردازیم. از آنجا که در اثر گذارهای دورانی پیچشی ممان اینرسی این مولکولها تغییر می کند بنابراین ساختار آنها نیر دستخوش تغییر می شود و لذا محاسبه این تغییرات و روش آن اهمیت بسزایی دارد. استالدئید از جمله مولکولهایی است که دارای یک گروه دوران کننده داخلی است و ما در این تحقیق با استفاده از پارامترهای محاسبه شده برای این مولکول به تعیین ساختار و نیز تغییر در ساختار آن در اثر گذار پیچشی از تراز ‏‎v=0‎‏ به ‏‎v=1‎‏می پردازیم.

بهینه سازی خطوط طیفی از طریق پیش بینی نظری یا شبیه سازی کامپیوتری، روشی است که باعث صرفه جویی در وقت افراد آزمایش کننده و همینطور کاهش هزینه انجام آزمایش می شود. در این پایان نامه، اثرات پارامترهای فشار، توان منبع، فرکانس مدولاسیون و دامنه فرکانس مدولاسیون بر روی خطوط طیفی در ناحیه طول موجهای از مرتبه ریز میلیمتر بررسی شده است. با در دست داشتن منحنی استاندارد، به ازای فشارهای مختلف، بهترین منحنی منطبق شده بر منحنی استاندارد انتخاب و پارامترهای اولیه مربوط به آن-توان، فشار، فرکانس مدولاسیون و دامنه تغییرات آن-مشخص شده است. بدین ترتیب شخص آزمایش کننده می تواند با داشتن این پارامترها، پیشاپیش محدوده واقعی را که به احتمال قریب به یقین پارامترهای مربوط به منحنی بهینه در آن قرار دارند، بیابد. این کار باعث می شود که به جای اینکه شخص آزمایش کننده بازده وسیعی از پارامترهای ذکر شده را در عمل مورد جستجو قرار دهد تا پارامترهای مربوط به منحنی بهینه را بیابد، تنها بازه ای کوچک در حول و حوش اعدادی که از طریق شبیه سازی حاصل شده است را مورد تجسس قرار دهد.